LES TRANSISTORS BIPOLAIRES

Première STI Electronique
Lycée St Louis CREST
LES TRANSISTORS BIPOLAIRES
I ) Symboles
Il existe deux types de transistors bipolaires qui sont les NPN et les PNP.
C
E
B
E : Émetteur.
C : Collecteur.
B : Base.
B
E
C
Type : NPN
Type : PNP
La flèche symbolise toujours l’émetteur.
Les transistors sont des semi-conducteurs contrôlables qui offrent deux types de
fonctionnement. Ces deux types sont :
- fonctionnement en Bloqué - Saturé.
- fonctionnement en Amplificateur de courant ( linéaire ).
II ) Caractéristiques générales
On donne des noms aux différents courants et différentes tensions d’un transistor.
Ic
Veb
Ib
Vbe
Vce
Ie
Ib
Ie
NPN
Vec
Ic
PNP
- Relations :
- Ic = β.Ib
β : Amplification en courant.
- Ie = Ib + Ic
- Ie ≈ Ic
car Ic est grand devant Ib.
20 < β < 1000
On peut donc dire à partir de ces relations que plus le courant de Base est important et plus
le courant Collecteur est grand. Cela donne bien un AMPLIFICATEUR de courant.
- Caractéristiques :
Ic
Régime linéaire
Amplification
en courant
Ib
Vce
Vce sat
Caractéristique non
exploitée
Vbeo = 0.6V
Vbe
III ) Fonctionnement en Bloqué - Saturé
Dans ce type de fonctionnement, le transistor est assimilé à un simple INTERRUPTEUR qui
est commandé par l’intermédiaire de la Base.
Type NPN :
B
C
Ib
C
B
Ib = 0
E
Ib
Ib > Ib sat
BLOQUE
SATURE
Type PNP :
B
E
Ib
Ib = 0
BLOQUE
E
E
B
C
Ib
Ib > Ib sat
C
SATURE
Remarques :
Lorsque le transistor est saturé, la tension Vce n’est pas tout à fait égale à zéro mais à Vce
sat de l’ordre du volt.
Exemple :
On veut commander une LED (diode électroluminescente ) à partir de la sortie d’une porte
logique.
Vcc = +12V
LED
LED:
Vcc = +12V
Rc
Rb
S
&
Commande : C
T
Lorsqu’elle est passante,
la LED a une tension à ses
bornes qui est Vd.
Pour qu’elle éclaire, il faut un
courant égal à Id.
Caractéristiques des composants utilisés :
T:
D:
&:
β = 100
Vce sat = 1.2V
Vd = 1.5V
Id = 10mA
porte NAND 4011
Vbe = 0.6V
1 ) Niveaux en sortie de la porte NAND.
Lorsque la commande C est au niveau logique HAUT, S = ’ 0 ’
Lorsque la commande C est au niveau logique BAS, S = ’ 1 ’
S = 12V
S = 0V
2 ) Calcul de Rc.
Rc sert à limiter le courant dans la LED. Pour que la LED éclaire, il faut que le transistor
soit fermé (SATURE).
- Maille de sortie :
On peut écrire l’équation suivante : Vcc = Vd + VRc + Vce
Vce = Vce sat = 1.2V d’où :
Rc = ( Vcc - Vd - Vce sat ) / Id = 930 Ω
Choix technologique : Série E24 : Rc = 910 Ω.
Calcul du courant réel : Ic = ( Vcc – Vce sat – Vd ) / Rc = ( 12 – 1,2 – 1,5 ) / 910 = 10,2
mA.
3 ) Calcul de Rb.
- Rb sert à établir un courant Ib tel que le courant dans la LED soit égal à 10,2 mA.
- Lorsqu’un courant Ib circule la tension entre les bornes B et E est de l’ordre de 0,6V. Vbe
= 0.6V
- Le calcul de Rb s’effectue bien évidemment lorsque la tension au point S est au niveau
haut.
Maille d’entrée :
On peut écrire l’équation suivante : S = Rb.Ib + Vbe
Ic = β.Ib
d’où Ib = Ic / β = 10,2 . 10-3 / 100 = 102 µA.
S = Rb.( Ic / β ) + Vbe
La résistance Rb vaut donc :
Rb = ( S - Vbe ) / ( Ic / β ) = ( 12 – 0,6 ) / ( 10,2 . 10-3 / 100 ) = 111,7 kΩ.
Pour être sur que le transistor sera bien saturé, on prend un coefficient de sursaturation (
K ). On sursature le transistor en lui envoyant un courant de base plus important que celui
qui est nécessaire. En général on prend de 2 à 3 fois plus.
Calcul de Ib si on sursature le transistor ( coefficient K = 3 ).
Ib = 3 . Ic / 100 = 3 . 10,2 . 10-3 / 100 = 306 µA.
Rb = ( S - Vbe ) / ( Ib ) = ( 12 – 0,6 ) / ( 306 . 10-6 ) = 36,6 kΩ.
Choix : Rb = 33 KΩ.
IV ) Fonctionnement en amplificateur
Un transistor peut aussi être utilisé et c’est souvent le cas, comme un amplificateur de
courant. D’ailleurs, l’équation Ic = β.Ib démontre bien ce rôle.
Le fait que l’on puisse amplifier le courant signifie que l’on peut aussi amplifier une tension.
Exemple :
Un capteur fournit une tension Vc, que l’on a amplifié.
Rc
Rb
E
capteur
T
Vs
Vc
T : β = 100
Vmini < Vc < Vmaxi Calculer les valeurs extremes de la tension de sortie Vs.
Calcul de Ib : ( Vmini - Vbe ) / Rb < Ib < ( Vmaxi - Vbe ) / Rb
Calcul de Ic : β.Ib mini < Ic < β.Ib maxi
Calcul de Vs : ( E - Rc.Ic maxi ) < Vs < ( E - Rc.Ic mini ) (Oposition de phase)